植物的多样性令人印象深刻,但特别是在各种代谢物。许多植物天然产物非常复杂的分子,如生物碱长春新碱和长春花碱,长春花产生的Catharanthus roseus也叫。这两种物质在癌症治疗已经是不可或缺的。
研究者们非常感兴趣,需要个体的生物合成步骤形成了复杂的分子。“目前,这些化合物仍获得了非常少量的植物的叶子中提取。我们可以从工厂这种化合物是如何产生和使用这些知识来开发更具成本效益的生产系统,可伸缩的和可持续的,”第一作者说李Chenxin乔治亚大学的中心应用基因技术,描述了研究的目标。
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免费订阅遗传和代谢信息分配给单个细胞的植物器官
科学家们知道,基因活动是不一样的在所有的植物和细胞化学可以从细胞到细胞显著不同。因此,当前的研究的目的是使用一套新的方法共同称为单细胞组学研究专业和罕见的细胞类型,发挥核心作用在植物天然产物的生物合成的信号往往被多细胞植物器官。用单细胞组学”,我们有一个方法,允许研究人员分配单个细胞遗传和代谢信息。组学是指整个集合的基因或代谢物进行量化和分析,“说,洛伦佐卡布其共同出版的项目组负责人生物碱生物合成的天然产物生物合成在耶拿和主要作者之一,解释方法论的方法。
长春花碱生物合成途径——组织在三个不同的细胞类型中
分析显示,整个生物碱长春花碱生物合成途径是组织的三个阶段和三个离散的细胞类型。“第一阶段是表示只在与叶的维管束相关的特殊细胞,称为IPAP。第二阶段的生物合成途径仅表现在表皮细胞,细胞层,覆盖了叶子,最后已知的步骤只在异细胞生物合成途径的表达,一种罕见的细胞类型的叶子,”李Chenxin总结结果。
研究人员测量了几种中间体的浓度,在单个细胞对长春花碱代谢途径和感到惊讶:“两个重要的长春花碱的前体,catharanthine vindoline,发生在异形细胞细胞在毫克分子浓度,对三个数量级高于长春花碱本身。这些细胞中的两个前体的浓度比我们预期的要高得多,甚至超过了他们在整个器官提取物浓度。然而,这种观察是有道理的,catharanthine和vindoline只在稀有异形细胞细胞被发现。叶中的丰富的其他细胞稀释高浓度时整个叶子碾碎,”莎拉•奥康纳说的天然产物的生物合成。
组织研究小组相信用药物相关的生物碱的生物合成途径Catharanthus roseus也叫不是一个孤立的现象。“我们才刚刚开始了解如何以及为什么这样一个细胞特定类型组织的存在。此外,分析特定细胞类型的基因同时表达了帮助我们识别新球员的代谢途径。同样的技术可以被用来研究其他天然产物的生物合成。最后,积累的确切地点的植物化合物,如表皮、血管系统,或乳胶管,可以帮助我们假设的生态角色自然产品。例如,根据积累的模式,这些化合物对昆虫的叮咬可能更有效比他们反对刺昆虫,”罗宾说过活,乔治亚大学教授。
更好地理解生物合成途径的抗癌药物长春新碱和长春花碱也可能有助于更有效地生产或收获这些化合物从长远来看。描述的使用方法也是有前途的许多其他有趣的研究和医学上重要的植物王国的天然产品。这里描述的方法将有助于缩小这些罕见的特殊细胞,发现基因活动和化学独家。
参考:李C,木JC, Vu啊,et al。单细胞multi-omics药用植物Catharanthus roseus也叫。Nat化学杂志。5月15日在线发表2023:1-11。doi:10.1038 / s41589 - 023 - 01327 - 0
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